JP2005235637A - 誘導加熱装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁界発生手段の折返し部で発生する温度落込みを抑制して、加熱部材の長手方向における温度均一性を改善する。
【解決手段】加熱ローラ１（加熱部材）の長手方向に平行に延びる平行領域部２１及びその平行領域部２１の両端に折返し部を有する環状の磁界発生手段２を用いて、加熱ローラ１を誘導加熱するにあたり、磁界発生手段２にて発生する磁界の向きが一定方向に揃っている領域、特に、磁界発生手段２の折返し部２２において発生する磁界の向きが一方向に揃っている領域に磁束集中部材１１を設けることで、折返し部２２の内側部分の温度落込みを抑制する。
【選択図】図８

Description

本発明は、乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等に好適に用いられる誘導加熱装置、及び、誘導加熱装置を備えた画像形成装置に関する。

加熱装置、例えば乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置用の加熱装置等において、アルミニウムなどの中空芯金を有する加熱ローラ内部にハロゲンランプを設け、そのハロゲンランプによって加熱ローラを加熱する構成のものが、従来から広く用いられている。このようなハロゲンランプを用いる方式では、加熱開始時の立ち上がりが遅く、ウォームアップ時間が長くなるという問題がある。

そこで、加熱ローラに導電層を設け、導電層に磁界発生手段によって交番磁界を与えて渦電流を発熱させ、この渦電流によるジュール熱で加熱ローラ（加熱部材）を発熱させるという誘導加熱装置が注目されている。この誘導加熱装置は、加熱効率に優れているが、ウォームアップ時間を短くし、利便性を更に向上させるためには、加熱部材の低熱容量化をはかる必要がある。しかし、加熱部材の低熱容量化をはかると、加熱部材の長手方向の温度移動が困難になり、加熱部材の長手方向の温度分布を均一にするのが難しいという課題が発生する。これらを改善する技術として種々の提案がなされている。

例えば、誘導コイルの折返し部で発生する温度落込みを低減するために、誘導コイルの折返し部を積層構造にすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この提案技術によれば、磁界発生手段の折返し部で発生する磁束が強化され、加熱部材に鎖交できるようになるので、その磁束鎖交部分での発熱量が増加し、温度落込みを改善することができる。また、誘導コイルの長手方向長さをより短く構成することが可能となるので、定着装置ひいては定着装置を備える画像形成装置の小型化を達成できる。

また、他の改善技術として、誘導コイルの折返し部にコの字型の磁束集中部材を設けることで、誘導コイルの折返し部端部から加熱部材に磁束が鎖交するようにし、これによって誘導コイルの折返し部の発熱量を増加させ、加熱部材の長手方向における温度分布を改善するという技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−４３０４９号公報 特開２００２−２２２６８７号公報

ところで、前記した特許文献１に記載の構成において、ウォームアップ時間を短縮し、利便性を更に改善するために、加熱部材のベルト化によって低熱容量化をはかった場合、誘導コイルの折返し部の端部は温度が高いが、それよりも内側の位置に、磁界発生手段中央部や折り返し部端部よりも温度の低い領域がスポット的に発生するという問題がある。

また、特許文献２に記載の磁束集中部材を使用した場合でも、誘導コイルの折返し部端部の温度落込みは改善できるが、上記した折返し部端部と磁界発生手段中央部との間にスポット的に発生する温度低下については、当該領域の加熱部材に鎖交する磁束を調整できないので、スポット的な温度低下を抑制できないという問題がある。また、特許文献２に記載の磁束集中部材は形状が複雑であり、製造と設置が難しいという問題がある。

本発明はそのような問題を解決するためになされたもので、折返し部を有する磁界発生手段にて加熱部材を誘導加熱するにあたり、磁界発生手段の折返し部で発生する温度落込みを抑制することができ、加熱部材の長手方向における温度均一性を改善することが可能な誘導加熱装置の提供と、そのような特徴を有する誘導加熱装置を備え、品質の良い画像を出力することが可能な画像形成装置の提供を目的とする。

本発明の誘導加熱装置は、変動磁場中で発熱する導電層を有する加熱部材と、前記加熱部材を発熱させる磁界を発生する磁界発生手段とを備え、前記磁界発生手段が前記加熱部材の外周部の一部を囲うように配置されているとともに、前記加熱部材の前記磁界発生手段にて囲われていない部分で当該加熱部材の熱を被加熱材に伝えるように構成された誘導加熱装置において、前記磁界発生手段により発生する磁界を制御する磁束集中部材が設けられており、その磁束集中部材は、前記磁界発生手段にて発生する磁界の向きが一定方向に揃っている領域に配置されていることによって特徴づけられる。

本発明の誘導加熱装置の作用を以下に述べる。

まず、誘導加熱装置に適用する磁界発生手段は、加熱の対象である加熱部材（加熱ローラ）が長手方向（軸方向）に長い構造をとることが多いため、磁界発生手段の両端部に相当する折返し部において磁界の向きが、急激に反転する領域が存在する。その反転領域においては、加熱部材に鎖交する磁界は連続的に変化し、一方向に揃わないため、磁界の向きが揃っている他の部分に比べて発熱量が低下し、長手方向の温度均一性が悪くなるという現象が生じる。このような現象は、加熱装置をよりコンパクトにするために、磁界発生手段の折返し部を積層化して、磁界発生手段の長さを印字可能な最大用紙幅に近づけた場合と、待ち時間を減らすために、加熱部材を低熱容量化し、短い時間で加熱部材を所定温度に昇温するようにした場合において、特に顕著になる。

以上のような長手方向における温度均一性に関する課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置では、磁束集中部材を、磁界の向きが変わる折返し部に相当する領域のうち、磁界の向きが揃っている領域に配置しており、これにより、磁界の向きが連続的に変化している領域の磁束は補強されなくなるため、温度落込みは減少するようになる。さらに、向きが揃った磁界が加熱部材に効果的に鎖交するようになるため、当該部分の発熱量が増加し、加熱部材の長手方向（軸方向）の温度均一性を容易に改善できるようになる。

また、加熱部材の長手方向に平行に延びる平行領域部に磁束集中部材を配置すると、磁界の向きの揃った品質の良い磁束を効果的に加熱部材に鎖交させることができ、加熱部材の長手方向の温度分布を改善することができる。

なお、磁界発生手段の折返し部に相当する領域のうち、発生磁界の向きが連続的に変化する領域つまり曲率を有する領域（曲り部）に磁束集中部材を配置しても、その部分はもともと磁界の向きが一様ではないので、磁束集中部材は、弱まった磁束を一様に強化してしまうため、加熱部材に鎖交する磁束分布も安定せず、発熱分布を効果的に調整することができない。

本発明の誘導加熱装置において、前記磁界発生手段が前記加熱部材の長手方向に平行に延びる平行領域部及びその平行領域部の両端に折返し部が形成された環状の部材であり、前記したように、磁束集中部材が、前記磁界発生手段の折返し部において発生する磁界の向きが一定方向に揃っている領域に配置されていることが好ましい。この場合、前記磁束集中部材が、前記磁界発生手段の折返し部の外部面に対向して配置される対向部と、この対向部から前記加熱部材に接近する位置まで延びる接近部とが一体的に形成されていてもよい。このように加熱部材への接近部を有する磁束集中部材を用いることで、加熱部材に鎖交する磁束分布を容易に調整することが可能となり、加熱部材の均一性を改善することができる。

また、この場合、磁束集中部材の接近部の前記磁界発生手段周縁部に対向する面と、当該磁界発生手段周縁部との間の距離Ｄ（図１３参照）を、磁界発生手段の折返し部に存在する曲り部の曲率に基づいて設定しておくと、加熱部材の温度分布の均一性を更に改善することができる。

すなわち、磁界発生手段の折返し部は、仕様にもよるが一般的に３ｍｍ〜５ｍｍ程度の曲率半径を有し、この曲率半径の折返し部においては磁界の向きが連続的に変化する。そのため、磁束集中部材の加熱部材への接近部を、磁界発生手段から５ｍｍ以上離して設置することによって、折返し部における磁界の向きが揃わない領域の影響を少なくすることで、加熱部材の長手方向（軸方向）における温度分布を更に均一かつ安定にすることができる。

本発明の誘導加熱装置において、磁界発生手段の折返し部と前記加熱部材との間に存在する空隙部に、前記磁界の向きが揃っている領域に配置されている第１の磁束集中部材とは別の第２の磁束集中部材を配置するとともに、その第２の磁束集中部材を、前記第１の磁束集中部材の接近部に対して所定の距離（少なくとも５ｍｍ以上）をあけて配置しておいてもよい。このように、磁界発生手段の折返し部と前記加熱部材との間に存在する空隙部に第２の磁束集中部材を配置しておくと、加熱部材に鎖交する磁束のうち、前記空隙部に鎖交する部分の磁束を強化できるので、磁界発生手段の折返し部の内側領域つまり温度落ち込みが発生しやすい領域の発熱量を増加させることが可能となり、温度均一性をより一層改善できるようになる。

さらに、第１の磁束集中部材の接近部と第２の磁束集中部材との距離Ｘ（図１６参照）を５ｍｍ以上（第１の磁束集中部材の接近部の磁界発生手段周縁部に対向する面と磁界発生手段周縁部との距離Ｄと同じ寸法以上）にすることで、折返し部で発生する磁束の影響を抑制することができ、発熱量が更に増大する。

本発明の誘電加熱装置において、前記磁界発生手段の平行領域部でかつ折返し部に近い領域に、第３の磁束集中部材を配置しておくと、向きの揃った良質の磁束を補強して加熱部材に鎖交させることができるようになる。その結果として、温度落込みが発生している部分の発熱量を更に増加させることができ、長手方向の温度分布均一性を更に改善できるようになる。

本発明の誘導加熱装置において、前記磁界発生手段が、加熱部材の長手方向に平行に延び、その長手方向両端で折り返して巻回される導線（加熱コイル）によって構成されているとともに、前記折返し部において導線が複数積層されており、その折返し部の導線の積層数が平行領域部の導線の積層数よりも多くなるようにする、という構成を採用してもよい。このような構成を採用すると、磁界発生手段の折返し部において、磁界の向きが長手方向と垂直方向でかつ磁界の向きが揃っている領域が、より長く（広く）できるので、第１の磁束集中部材で強化する磁束を、より向きが揃った良質なものにできる結果、温度均一性を更に改善できるようになる。

さらに、磁界発生手段の折返し部で、長手方向と垂直方向の磁界が均一に発生している領域、すなわち、折返し部分の導線が平行に形成されている領域が、例えば、長手方向と垂直な方向に８ｍｍ以上あると、磁界の向きが連続的に変化しているところの影響を受けにくくなるため、長手方向の温度分布をより改善できるようになる。

また、折返し部を積層化した磁界発生手段を用いることで、磁界発生手段の長手方向の距離が、積層しない場合に比べて短くなるため、加熱装置の小型化を達成できる。また、磁界発生手段の折返し部の長手方向の距離が短くなるので、第２の磁束集中部材の配置が容易になる。

本発明において、以上の特徴を有する誘導加熱装置を定着装置として用いて画像形成装置を構成してもよい。この場合、加熱部材の長手方向における温度均一性を改善することができるので、品質の良い画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供できる。

本発明の誘導加熱装置は、折返し部を有する磁界発生手段にて加熱部材を誘導加熱する装置であって、磁界発生手段にて発生する磁界の向きが一定方向に揃っている領域、特に磁界発生手段の折返し部において発生する磁界の向きが一定方向に揃っている領域に磁束集中部材を配置しているので、磁界発生手段の折返し部で発生する温度落込みを抑制することができ、加熱部材の長手方向における温度均一性を容易に改善することができる。

本発明の画像形成装置によれば、前記した特徴をもつ誘導加熱装置を備えているので、品質の良い画像を出力することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明の誘導加熱装置を適用する定着装置の一例を、図１を参照しながら説明する。

この例の定着装置１０は、発熱層である導電層（金属層）を有する加熱ローラ（加熱部材）１、加熱ローラ１の外部に配置された磁界発生手段２、加圧ローラ３、磁界発生手段２に高周波電流を印加する励磁回路４、及び、加熱ローラ１の温度を検出する温度検知素子（例えばサーミスタ）５などによって構成されており、加熱ローラ１を磁界発生手段２により一定温度に加熱し、その加熱された加熱ローラ１と加圧ローラ３との当接部（ニップ部Ｎ）に、未定着のトナー像を有する記録紙（被加熱材）Ｐを通紙することで、記録紙Ｐに画像を定着させる装置である。

次に、定着装置１０の各部を構成する構成要素について簡単に説明する。

加熱ローラ１は、鉄、もしくはステンレス、アルミニウムなどの芯金（中空または中実のどちらでも構わない）上に、断熱性の断熱弾性層（耐熱スポンジ層）、導電層（金属スリーブ）、弾性層及び表面離型層がこの順で積層されている。具体的には、図２に示すように、加熱ローラ１は、アルミニウムなどの芯金１ａの上に、断熱弾性層１ｂ、発熱層である金属スリーブ１ｃ、弾性層１ｄ及び離型層１ｅが順次積層された構造である。

金属スリーブ１ｃは、誘導加熱により発熱する発熱体であり、表面温度の立ち上がり時間を短縮するために、肉厚が３０μｍ〜２００μｍと薄肉化されている。

金属スリーブ１ｃの材質は、誘導加熱で加熱するため、鉄やステンレス材（ＳＵＳ４３０）などの磁性を有する導電性部材であればよい。特に、比透磁率が高ければよく、例えば珪素鋼板や電磁鋼板、ニッケル鋼等であってもよい。また、非磁性体であっても、ステンレス材（ＳＵＳ４３０）など抵抗値の高い材料であれば誘導加熱できるので、これを使用してもよい。さらに、非磁性のベース部材（例えば、セラミック、ポリイミドなどの耐熱性樹脂など）であっても、比透磁率の高い前記材料が導電性を有するように配置されているような構成であれば、それを使用してもよい。また、発熱量を増大させるために、複数の材料からなる複合材によって構成してもよい。この例では、発熱層（金属スリーブ１ｃ）に厚さ４０μｍのニッケル材を使用している。

断熱弾性層１ｂは、発熱体である金属スリーブ１ｃからの熱逃げ防止と、金属スリーブ１ｃの変形抑制のために配置される。この例では、耐熱性のシリコンスポンジを使用している。

金属スリーブ１ｃ上には、弾性層１ｄと離型層１ｅが形成されている。

離型層１ｅは、ニップ部Ｎ（図１参照）で加熱され、粘度が低下したトナーが加熱ローラ１に付着するのを防止する役割を果たす。離型層１ｅの材料としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などが使用される。

弾性層１ｄは、溶融したトナーと離型層１ｅとの密着性を改善するために設けられている。弾性層１ｄの材料としては、耐熱性のシリコンゴム（ＬＴＶ、ＲＴＶ，ＨＴＶ）などが使用される。この例では、離型層１ｅにＰＦＡを使用し、弾性層１ｄに耐熱シリコンゴム（ＬＴＶ）を使用している。

加圧ローラ３は、加熱ローラ１と接触し、記録紙Ｐを通紙するニップ部Ｎを形成するための部材である。

加圧ローラ３は、鉄・ステンレスもしくはアルミニウムの芯金上に、シリコンゴムなどの耐熱弾性層（図示せず）を有するように構成されている。加圧ローラ３は、図示していない弾性部材（バネ）によって加熱ローラ１に圧接されており、これにより加熱ローラ１との間に幅が７ｍｍ程度のニップ部Ｎが形成される。なお、加圧ローラ３の表面には、ＰＦＡやＰＴＦＥからなる離型層が形成されていてもよい。

加熱ローラ１を加熱する磁界発生手段２は、図３に示すように、加熱コイル２ａによって構成されており、図４に示すように、加熱ローラ１の外周部を取り囲むように配置されている。このように加熱ローラ１の外部に加熱コイル２ａを配置すると、加熱ローラ１からの輻射熱に対して加熱コイル２ａの冷却が行いやすくなるため、高温になると増加する加熱コイル２ａ自身の発熱量（銅損）を抑制して加熱効率の低下を防止できる。なお、図４では、磁界発生手段２を構成する加熱コイル２ａの巻回状態を示さずに、磁界発生手段２の全体構成を模式的に示している。

加熱コイル２ａの材質には耐熱性のある材料が使用される。この例では、φ０．３ｍｍの絶縁線を３０本撚ったリッツ線（エナメル線等を撚り線にしたもの）を使用している。加熱コイル２ａで発生する銅損を抑えるためには、加熱コイル２ａの全抵抗値は、０．５Ω以下、好ましくは０．１Ω以下である方がよい。なお、加熱コイル２ａは、定着を行う記録紙Ｐのサイズに応じて複数個配置してもよい。

以上の加熱コイル２ａに、励磁回路４によって２０ｋＨｚ以上の高周波電流を印加することで交番磁界を発生させ、その発生させた交番磁界が加熱ローラ１に鎖交することによって加熱ローラ１が誘導加熱される。加熱ローラ１の温度制御は、ニップ部Ｎの入り口近傍に配置した温度検知素子５の検知信号に応じて励磁回路４の出力を調整することで行われる。これら一連の温度検知と電力制御による温度制御は、励磁回路４内の設けた制御回路部（図示せず）にて制御される。

このようにして、一定温度に制御された加熱ローラ１を回転機構（図示せず）により回転させることで、ニップ部Ｎに未定着トナー像を有する記録紙Ｐを通紙させ、そのトナー像を熱と圧力により記録紙Ｐに定着させることができる。

次に、加熱ローラ１の加熱動作について説明する。

まず、ウォームアップ時において、加熱コイル２ａに接続された励磁回路４がオンとなり、加熱コイル２ａが励磁される。これにより、加熱ローラ１の金属スリーブ（導電層）１ｃに交流渦電流が誘起され、ジュール熱により発熱する。この時の発熱量は約９００Ｗである。また、励磁回路４による通電を開始すると同時に、加熱ローラ１を回転駆動することにより加圧ローラ３が従動回転する。加熱ローラ１の表面温度は温度検知素子５によって常時検知され、加熱ローラ１の表面温度が所定の温度（この例では１８０℃）に達するとウォームアップが完了し、励磁回路４による加熱コイル２ａへの通電がオン−オフ制御に切り替わり、加熱ローラ１の表面温度が所定の温度に維持される。

そして、未定着トナー像が転写された記録紙Ｐは接触ニップ部Ｎに搬送され、加熱ローラ１の熱及び加圧ローラ３の圧力によりトナー像が溶融定着され、記録紙Ｐ上に固定され堅牢な画像となる。

次に、本発明の誘導加熱装置の具体的な構成を以下に説明する。

＜実施形態１＞
まず、磁界発生手段２は、前記したように加熱コイル２ａを巻回した構造で、図４に示すように、加熱ローラ１の長手方向（軸方向）に平行に延びる平行領域部２１及びその平行領域部２１の両端に折返し部２２が形成された環状の部材であり、中央に開口部２３が形成されている。

このような磁界発生手段２に磁束集中部材を配置する場合の配置位置とその効果について図５及び図６を参照しながら説明する。

図５は、磁界発生手段２を、発生磁界の向きに注目して領域分離した形態を示す図であり、（Ａ）の部分は、加熱コイル２ａが長手方向に対して垂直方向に設置されており、発生する磁束の向きが長手方向に対して平行方向に揃っている領域である。（Ｂ）の部分は、加熱コイル２ａがほぼ長手方向に平行に設置されており、発生する磁束の向きが長手方向に対して垂直に揃っている領域である。（Ｃ）の部分は、折返し部２２の端部の曲り部で、加熱コイル２ａが所定の曲率をもって曲げられており、発生する磁束の向きが連続的に変化する領域である。

図６は、磁界発生手段２の位置が（Ｂ）→（Ｃ）→（Ａ）と変わることにより磁界の向きが連続的に変化する様子を詳しく示したものであり、この図６から明らかなように、磁界発生手段２の（Ｃ）の部分において、加熱コイル２ａの曲率が磁界発生手段２の内側と外側で異なること、そのために発生する磁界の向きも磁界発生手段２の内側と外側で異なることがわかる。

このように、磁界発生手段２の（Ｃ）の部分においては、一定の向きの磁界が発生しないため、この（Ｃ）の部分に磁束集中部材を配置しても、向きの異なる磁界をそのまま強化することになり、磁界の向きが異なることによって発生する温度落込みを改善することはできない。

これに対し、磁界発生手段２の（Ａ）もしくは（Ｂ）の部分に磁束集中部材を配置すると、磁界の向きの揃った品質の良い磁束を効果的に加熱ローラ１に鎖交させることができるようになる。従って、図７に示すように、磁界発生手段２の（Ａ）もしくは（Ｂ）の部分に磁束集中部材６を配置することで、発熱量を効果的に増加させることができ、加熱ローラ１（図４）の長手方向の温度分布を改善することができる。

ここで、磁束集中部材には、比透磁率が高く、電気導電性の高い材料が適しており、例えばフェライト（ニッケル−亜鉛系、銅−亜鉛系）や、珪素鋼鈑もしくは電磁鋼鈑を利用することができる。この例では、ニッケル−亜鉛系のフェライトを使用している。

＜実施形態２＞
図８及び図９はそれぞれ本発明の他の実施形態の構成を示す斜視図及び側面図である。なお、図９（ｂ）では磁界発生手段及び磁束集中部材を切断した状態で示している。

この例では、図５に示す（Ａ）の部分つまり磁界発生手段２の折返し部２２において発生する磁界の向きが揃っている領域（折返し部２２の略中央部）に磁束集中部材１１を配置している点、及び、その磁束集中部材１１を、磁界発生手段２の折返し部２２の外部面（上面）に対向して配置される対向部１１ａと、この対向部１１ａの端部（磁界発生手段２の開口部側の端部）から加熱ローラ１に接近する位置まで延びる接近部１１ｂとを一体形成したＬ型の部材としている点に特徴がある。

このように、Ｌ型の磁束集中部材１１を磁界発生手段２の（Ａ）の部分に配置し、その磁束集中部材１１の接近部１１ｂを、温度落込みが始まる部分つまり磁界発生手段２の内側部分（磁界発生手段２の開口部２３内）に配置することで、加熱ローラ１に鎖交する磁束が強化され、当該部分の発熱量が増加させるので、加熱ローラ１の長手方向における温度分布を改善することができる。

なお、加熱ローラ１に接近する接近部を有する磁束集中部材の形状としては、図８及び図９に示したようなＬ型のほか、図１０に示すように、対向部１１ａ’の両端に接近部１１ｂ’が設けられたコの字型の磁束集中部材１１’であってもよい。また、図１１（ａ）〜（ｇ）に示すような構造の磁束集中部材を用いてもよい。

図１１（ａ）及び（ｆ）の各例は、図８及び図９に示したものと同じ構造の磁束集中部材であり、加熱ローラ１への接近部を一体形成した点に特徴がある。

図１１（ｂ）及び（ｇ）の各例は、それぞれＬ型・コの字型の磁束集中部材であり、対向部と接近部とを別部材で構成している点に特徴がある。

図１１（ｃ）及び（ｄ）の各例は、コの字型の磁束集中部材において磁束が通過する部分の断面積を部分的に変化させることで、加熱ローラ１に鎖交する磁束分布を変化させる構造とした点に特徴がある。

図１１（ｅ）の例は、コの字型の磁束集中部材において加熱ローラ１に接近する接近部ｅ１と接近部ｅ２とを異なる長さとすることで、加熱ローラ１に鎖交する磁束分布を変化させる構造とした点に特徴がある。この図１１（ｅ）の例の場合、２つの接近部ｅ１、ｅ２のうち、磁界発生手段２の開口部２３内に配置される接近部ｅ１の長さを短くすることが好ましい。

以上のように、磁界発生手段２の折返し部２２の内側部分で発生する温度落込みの程度に応じて、磁束集中部材の形状を変えることで、温度分布を改善することができる。

＜実施形態３＞
この例では、図８及び図９に示した構成において、Ｌ型の磁束集中部材１１と磁界発生手段２との位置関係を規定している点に特徴がある。その具体的な位置関係を図１２及び図１３を参照しながら説明する。

図１２に示す例では、Ｌ型の磁束集中部材１１の接近部１１ｂを、磁界発生手段２の内周縁部に対して所定の距離をあけて配置している点に特徴がある。また、このような配置とする場合、図１３に示すように、磁束集中部材１１の接近部１１ｂと磁界発生手段２の内周縁部との間の距離をＤとし、磁界発生手段２の折返し部２２に存在する曲り部の曲率半径をＲとすると、Ｄ≧Ｒの条件を満足するように、接近部１１ｂと磁界発生手段２との間の距離Ｄを設定する。

具体的には、磁界発生手段２の最内側面のＲが、その構造上の制約から２ｍｍ〜５ｍｍくらいになることが多く、また、磁界発生手段２の最外側面のＲは、その構造上の制約から１０ｍｍ〜３０ｍｍくらいになることが多いことから、接近部１１ｂと磁界発生手段２との間の距離Ｄを５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に設定することで、磁界発生手段２の折返し部２２で発生する磁束の影響を抑制することができ、折返し部２２で発生する発熱量を増加させて長手方向の温度分布を改善することができる。この例では、Ｄ＝１２ｍｍとなる位置に磁束集中部材１１の接近部１１ｂを設置している。

＜実施形態４＞
図１４及び図１５は本発明の別の実施形態の構成を示す分解斜視図及び斜視図である。図１６はその実施形態の側面図である。

この例では、図５に示す磁界発生手段２の（Ａ）の部分つまり折返し部２２の磁界の向きが揃っている領域（折返し部２２の略中央部）にＬ型の第１の磁束集中部材１１を配置している点、及び、磁界発生手段２の折返し部２２と加熱ローラ１との間に存在する空隙部Ｓ（図１６参照）に、第２の磁束集中部材（平板形状）１２を、第１の磁束集中部材１１の接近部１１ｂに対して所定の距離をあけて設置している点に特徴がある。

このように、磁界発生手段２の折返し部２２と加熱ローラ１との間に第２の磁束集中部材１２を設置すると、図１６に示すように、磁界発生手段２の折返し部２２の内側近傍で温度が落ち込み始める部分の磁束を、局所的に強化することができるようになる。これにより、その部分の発熱量が増加するので、長手方向の温度分布を改善できるようになる。

ここで、第２の磁束集中部材１２を設置する場合、第２の磁束集中部材１２と第１の磁束集中部材１１の接近部１１ｂとの距離（間隔）Ｘ（図１６参照）は、加熱ローラ１への鎖交磁界を強化させ、発熱量を増加させるために必要であり、その距離Ｘを、図１３に示す距離Ｄ以上でかつ磁界発生手段２の端部２ｅまでの距離内にすることで、磁界発生手段２の折返し部２２で発生する不揃いの磁界を強化することなく、効果的に温度分布を改善できるようになる。この例では距離Ｘを１３ｍｍとしている。

以上の第１の磁束集中部材１１及び第２の磁束集中部材１２と磁界発生手段２とは、図１７に示すような構造の保持部材１４によって保持しておけば、磁界発生手段２と各磁界集中部材１１，１２との位置関係を精度よく保つことができる。なお、図１７に示す保持部材１４には、保持部材１４の位置を決めるための位置規制用リブ１４ａが設けられている。

保持部材１４の材料としては、絶縁性と耐熱性に優れていることが必要であるため、ポリイミド（ＰＩ）や、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、などに代表されるエンジニアリングプラスチックを使用することが好ましい。

＜実施形態５＞
図１８は本発明の別の実施形態の構成を示す要部斜視図である。

この例では、磁界発生手段２の折返し部２２に第１の磁束集中部材１１と第２の磁束集中部材１２を所定の位置関係で配置（＜実施形態３＞及び＜実施形態４＞で示した配置）するとともに、第３の磁束集中部材１３を、磁界発生手段２の平行領域部２１でかつ折返し部２２の近傍部分に配置している点に特徴がある。

このように第３の磁束集中部材９を配置すると、向きの揃った良質の磁束を補強して加熱ローラ１に鎖交させることができるので、温度落込みが発生している部分の発熱量を更に増加させ、長手方向の温度分布均一性を更に改善できるようになる。

−実施例−
図１８に示す例において、磁界発生手段２の折返し部２２の加熱コイル２ａを積層化した構造のものを使用するとともに、加熱ローラ１として４０μｍのニッケルベルトを用いたローラを使用した構成とし、第１〜第３の磁束集中部材１１〜１３を設置している場合と、磁束集中部材を設置してない場合について、加熱ローラ１の軸方向（長手方向）の温度分布を計測したところ、図１９に示すような結果が得られた。

この図１９の結果から明らかなように、第１〜第３の磁束集中部材１１〜１３を、所定の位置関係に配置することで、加熱ローラ１の軸方向（長手方向）の温度分布が改善されることがわかる。

＜画像形成装置の実施形態＞
図２０は、本発明の誘導加熱装置を適用するカラー画像形成装置の一例を模式的に示す図である。

この例のカラー画像形成装置１００は、４色の可視像形成ユニット１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂを記録媒体搬送路に沿って配列した、いわゆるタンデム式のプリンタである。具体的には、記録紙Ｐ（被加熱材）の供給トレイ１２０と定着装置１０とを繋ぐ記録紙Ｐの搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１０Ｂを配設し、無端状ベルトの記録紙搬送手段１３０によって搬送される記録紙Ｐに各色トナーを多重転写した後、本発明の誘導加熱装置の実施形態である定着装置１０によってこれを定着してフルカラー画像を形成するものである。なお、定着装置１０は、図１に示した例のものと基本的に同じ構成であり、図７〜図１８に示すような磁束集中部材が配置されているものとする。

次に、カラー画像形成装置１００の各部の構成を説明する。

記録紙搬送手段１３０は、一対の駆動ローラ１３１及びアイドリングローラ１３２によって架張され、所定の周速度（この例では１３４ｍｍ／ｓ）に制御されて回動する無端状の搬送ベルト１３３を有し、この搬送ベルト１３３上に記録紙Ｐを静電吸着させて搬送する。

各可視像形成ユニット１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂは、それぞれ、感光体ドラム１１１を備えており、この感光体１１１の周囲に、帯電ローラ１１２、レーザ光照射手段１１３、現像器１１４、転写ローラ１１５及びクリーナ１１６がこの順で配置されている。

各可視像形成ユニット１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの現像器１１４には、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｂ）の各トナーが収容されている。そして、各可視像形成ユニット１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂは、以下の工程によりトナー画像を記録紙Ｐ上に形成する。

すなわち、感光体ドラム１１１の表面を帯電ローラ１１２で一様に帯電した後、レーザ光照射手段１１３により感光体ドラム１１１の表面を画像情報に応じてレーザ露光して静電潜像を形成する。その後、現像器１１４により感光体ドラム１１１上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー画像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ１１５によって、搬送手段１３０にて搬送される記録紙Ｐに順次転写するようになっている。

トナー画像が転写された記録紙Ｐは、駆動ローラ１３１の曲率により搬送ベルト１３３から剥離された後、定着装置１０に搬送される。そこで所定の温度に保たれた加熱ローラ１及び加圧ローラ３により適度な温度と圧力が与えられる。そして、トナーは溶解し記録紙Ｐに固定され堅牢な画像となる。ここで、この例のカラー画像形成装置１００においては、定着装置１０の加熱ローラ１の長手方向における温度均一性を改善することができるので、品質の良い画像形成を行うことができる。

なお、本発明の誘導加熱装置は、以上説明したような定着装置に限らず、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置あるいはリライタブルメディア用消去装置などの加熱装置としても用いることができる。

本発明の誘導加熱装置は、乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置あるいはリライタブルメディア用消去装置などに有効に利用することができる。

本発明を適用する定着装置の一例を模式的に示す図である。 図１の定着装置に用いる加熱ローラの要部構造を模式的に示す拡大断面図である。 図１の定着装置に用いる磁界発生手段の加熱コイルの構成を示す斜視図である。 図３の磁界発生手段の加熱ローラへの取付状態を示す斜視図である。 磁界発生手段の斜視図で磁束集中部材の配置に適した領域を説明するための図である。 磁界発生手段の発生磁束の向きを示す図である。 磁界発生手段に磁束集中部材を配置した状態を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態の構成を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施形態の構成を示す側面図である。 磁束集中部材の他の例を示す図である。 磁束集中部材の別の例を示す図である。 Ｌ型の磁束集中部材と磁界発生手段との位置関係を示す斜視図である。 Ｌ型の磁束集中部材と磁界発生手段との位置関係を示す側面図である。 本発明の別の実施形態の構成を示す分解斜視図である。 本発明の別の実施形態の構成を示す斜視図である。 本発明の別の実施形態の構成を示す側面図である。 磁束集中部材と磁界発生手段の保持構造を示す断面図である。 本発明の更に別の実施形態の構成を示す斜視図である。 磁束集中部材を設置している場合と磁束集中部材を設置してない場合の温度分布を示す図である。 本発明の画像形成装置の実施形態の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ 定着装置
１ 加熱ローラ
１ａ 芯金
１ｂ 断熱弾性層
１ｃ 金属スリーブ（導電層）
１ｄ 弾性層
１ｅ 表面離型層
２ 磁界発生手段
２ａ 加熱コイル
２１ 平行領域部
２２ 折返し部
２３ 開口部
３ 加圧ローラ
４ 励磁回路
５ 温度検知素子（サーミスタ）
６ 磁束集中部材
１１ Ｌ型の磁束集中部材（第１の磁束集中部材）
１１ａ 対向部
１１ｂ 接近部
１２ 第２の磁束集中部材
１３ 第３の磁束集中部材
１４ 保持部材
Ｓ 空隙部
Ｐ 記録紙
１００ 画像形成装置
１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂ 可視像形成ユニット
１１１ 感光体ドラム
１１２ 帯電ローラ
１１３ レーザ光照射手段
１１４ 現像器
１１５ 転写ローラ
１１６ クリーナ

Claims (8)

1. 変動磁場中で発熱する導電層を有する加熱部材と、前記加熱部材を発熱させる磁界を発生する磁界発生手段とを備え、前記磁界発生手段が前記加熱部材の外周部の一部を囲うように配置されているとともに、前記加熱部材の前記磁界発生手段にて囲われていない部分で当該加熱部材の熱を被加熱材に伝えるように構成された誘導加熱装置において、
   前記磁界発生手段により発生する磁界を制御する磁束集中部材が設けられており、その磁束集中部材は、前記磁界発生手段にて発生する磁界の向きが一定方向に揃っている領域に配置されていることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記磁界発生手段が前記加熱部材の長手方向に平行に延びる平行領域部及びその平行領域部の両端に折返し部が形成された環状の部材であり、前記磁束集中部材が、前記磁界発生手段の折返し部において発生する磁界の向きが一定方向に揃っている領域に配置されていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
3. 前記磁束集中部材が、前記磁界発生手段の折返し部の外部面に対向して配置される対向部と、この対向部から前記加熱部材に接近する位置まで延びる接近部とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項２記載の誘導加熱装置。
4. 前記磁束集中部材の接近部の前記磁界発生手段周縁部に対向する面と、当該磁界発生手段周縁部との間の距離が、前記磁界発生手段の折返し部に存在する曲り部の曲率に基づいて設定されていることを特徴とする請求項３記載の誘導加熱装置。
5. 前記磁界発生手段の折返し部と前記加熱部材との間に存在する空隙部に、前記磁界の向きが揃っている領域に配置されている第１の磁束集中部材とは別の第２の磁束集中部材が配置されており、その第２の磁束集中部材は、前記第１の磁束集中部材の接近部に対して所定の距離をあけて配置されていることを特徴とする請求項３または４記載の誘導加熱装置。
6. 前記磁界発生手段の平行領域部で前記折返し部に近い領域に、第３の磁束集中部材が設置されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の誘導加熱装置。
7. 前記磁界発生手段は、加熱部材の長手方向に平行に延び、その長手方向両端で折り返して巻回される導線によって構成されているとともに、前記折返し部において前記導線が積層されており、その折返し部の導線の積層数が前記平行領域部の導線の積層数よりも多くなっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の誘導加熱装置。
8. 請求項1〜７のいずれかに記載の誘導加熱装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
   
   

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